环丙沙星对土壤抗性基因和微生物群落的影响

发布时间：2020-07-23 21:32

【摘要】：抗生素和重金属作为饲料添加剂在规模化畜禽养殖过程中被大量使用,导致畜禽粪便中抗生素和重金属的残留。抗生素和重金属通过对微生物产生选择性压力,诱导新型污染物抗生素抗性基因(ARGs)的产生。通过有机肥农田施用方式,致使农田土壤成为ARGs的重要储存库。ARGs通过食物链进入人体,威胁人类健康,具有一定的生态风险。因此,研究土壤和植物内生菌中ARGs的分布具有十分重要的意义。本文通过黑麦草盆栽试验,研究了在不同浓度的环丙沙星(CIP)(0,20,80 mg?kg-1)处理下,CIP对土壤和黑麦草内生菌中抗性基因和微生物群落的影响。取得的主要结果和结论如下:(1)CIP对黑麦草的生物量的影响为高浓度(80 mg?kg-1)抑制生长,与对照相比,分别降低了黑麦草株高(21.8%)、分蘖数(29.4%)和生物量(24.6%),表明高浓度的CIP对黑麦草的生长表现出一定的生物毒害作用。(2)成熟期(D50)黑麦草内生菌中ARGs的丰度随着CIP添加浓度的增加而降低,收获期(D75),各处理间无差异。收获期黑麦草内生菌中cop A和pco A的总相对丰度降低了的28.2% 54.5%。低浓度环丙沙星处理中ARGs丰度最低,但是CRGs丰度最高,表明低浓度的CIP对铜抗性微生物产生选择性压力,导致CRGs丰度升高。(3)CIP对黑麦草内生菌的影响较小,各处理黑麦草内生菌变化相似。蓝藻细菌门(Cyanobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)是黑麦草内生菌的优势微生物。高浓度(80 mg?kg-1)CIP改变了土壤微生物群落结构,使高浓度CIP处理的土壤微生物显著区别于其他两个处理,其中酸杆菌门(Acidobacteria)和奇古菌门(Thaumarchaeota)相对丰度增加,但是降低了厚壁菌门(Firmicutes)丰度。(4)不同处理土壤样品间抗性基因的差异的主要由微生物群落、p H和TN差异造成。土壤和黑麦草内生菌中抗性基因的潜在宿主菌主要属于Firmicutes和Actinobacteria。int I2与4个基因(cop A,pco A,qnr A,和qnr S),3个MGEs(int I1,ISCR1,和Tn916/1545)存在显著正相关关系,因此int I2在抗性基因的传播扩散中起着重要作用。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X592
【图文】：

传播途径,接合作用,水平基因转移,方法

图 1-1 ARGs 在环境中的主要传播途径Figure 1-1 The main spread path of ARGs in the environment.3 ARGs 在环境中的传播及削减方法在在畜禽养殖过程中，抗生素和重金属也会被添加至动物饲料中，通过有机肥等方式导致抗生素、重金属和 ARGs 进入土壤环境中（崔泽林等 2011）。土壤中生素和重金属残留，导致土壤中耐药菌繁殖，诱导 ARGs 产生。ARGs 在环境中的传播主要依赖于微生物的繁殖，通过水平基因转移进行传播物获得 ARGs 的途径主要包括基因突变和水平基因转移（Horizontal Gene TransfeT），研究表明，HGT 是 ARGs 在环境中传播的最主要途径。整合子通常位于转、质粒等移动基因元件上，被认为是 HGT 重要的指示基因（Chen et al. 2015; Flud Schmitz 1999; Thomas et al. 2005）。通过转化、接合和转导 3 种作用来实现微生得 ARGs，并在环境中传播。其中接合作用是最重要的水平基因转移机制，接合以使 ARGs 通过微生物在环境中传播。接合作用指 ARGs 通过微生物间的细胞表抗性菌毛接触而形成的通道，在微生物间传播。ARGs 通过接合作用在微生物间

抗性机制,抗生素,重金属,微生物

微生物结构、代谢活性和功能产生影响。不同的抗生素对微生物的作用机制不同，要包括：阻断核酸的合成；抑制核糖体形成蛋白质和叶酸；影响细胞壁的合成。一研究结果表明，抗生素会抑制土壤微生物。如 Colinas et al.（1994）研究了抗生素对壤细菌的影响，结果表明 10 mg kg-1的氧四环素和青霉素会减少土壤中细菌数量。aller et al.（2002）分析了磺胺嘧啶、磺胺甲VA唑和土霉素对土壤微生物的影响，发现生素显著降低了土壤微生物量，但是土壤真菌生物量增加。周志强（2013）通过olog 技术研究发现外源添加的环丙沙星进入土壤后，对微生物活菌数起到一定抑制作用。但是，一些研究结果得到了不一样的结果。如孙依欣等（2017）研究了含P 有机肥对土壤微生物群落结构的影响，结果表明含 CIP 有机肥增加了土壤中微生群落多样性。焦少俊等（2011）通过 PCR-DGGE 方法研究了抗生素四环素对土壤生物遗传结构多样性的影响，发现四环素诱导了土壤优势微生物种群的形成，形成这些微生物种群对四环素具有较低的敏感度；同时四环素类抗生素的污染胁迫使土的微生物群落结构与未被污染的土壤微生物群落结构显著区分。Duan et al.（2017）究发现 OTC 的添加降低了变形菌门在生菜根和土壤中的丰度，改变了土壤微生物群结构。

技术路线图,土壤化学性质,微生物群落,黑麦草

第一章绪论技术路线本试验的技术路线图如下所示（图 1-3）通过添加不同浓度的 CIP，模拟抗生素污染土壤，盆栽种植黑麦草，通过常规的化学方法研究 CIP 对土壤化学性质和黑麦草生影响，通过实时定量 PCR 方法研究 CIP 对土壤和植物内生菌中抗生素抗性基因和性基因的影响，通过 16S rRNA 高通量测序研究 CIP 对土壤微生物群落结构和黑麦生菌群落结构的影响。通过冗余分析，研究土壤化学性质和微生物群落对抗性基因的影响，通过 Network 分析，研究抗性基因的潜在宿主菌，最终明确 CIP 对土壤抗因和微生物群落的影响。

【参考文献】